Makalah Turbin Angin - Grade: B PDF

Preview

Summary

MAKALAHTURBIN ANGINTUGAS LABORATORIUM ENERGI TERBARUKAN & SURYADISUSUN OLEHNAMA : 1. DWIKI RAFI KHARISMA (1710913003)2. FAUZAN ERLANGGAJURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS ANDALAS2020KATA PENGANTARPuji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan Kami sangat be...

Description

MAKALAH TURBIN ANGIN TUGAS LABORATORIUM ENERGI TERBARUKAN & SURYA

DISUSUN OLEH NAMA : 1. DWIKI RAFI KHARISMA (1710913003) 2. FAUZAN ERLANGGA

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS 2020

KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita mengenai “Energi Angin”. Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam makalah ini terdapat kekurangan-kekurangan dan jauh dari apa yang kami harapkan. Untuk itu, kami berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa sarana yang membangun. Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya. Sekiranya laporan yang telah disusun ini dapat berguna bagi kami sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan kami memohon kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di masa depan.

DAFTAR ISI Kata pengantar.................................................................................................................. 1 Daftar isi ............................................................................................................................ 2 1.

BAB I

PENDAHULUAN ..................................................................................... 3

1.1

Energi Angin ……………………………………………………………………... 3

1.2

Asal Energi Angin ………………………………………………………………... 4

1.3

Proses Terjadinya Angin …………………………………………………………. 5

1.4

Turbin Angin Sebagai Alternatif Pembangkit Listrik ……………………………. 6

1.5

Pembangkit Listrik Tenaga Angin ………………………………………………... 6

2.

BAB II

ISI …………………………………………………………………………. 8

2.1

Energi Tenaga Angin ………………………………………………………………... 8

2.2

Bagian turbin angin …… …………………………………………………………….10

2.3

Cara Kerja Turbin Angin ……………….…………………………………………... 12

2.4

Mekanisme turbin angin ……………………………………………………………. 12

2.5

Jenis turbin angin …………………………………………………………………… 13

3.

BAB III

PENUTUP ……………………………………………………………….. 15

3.1 Kesimpulan …………………………………………………………………………. 15 3.2 Saran ………………………………………………………………………………... 15

BAB I PENDAHULUAN Energi adalah suatu kemampuan untuk melakukan kerja atau kegiatan. Tanpa energi, dunia ini akan diam atau beku. Dalam kehidupan manusia selalu terjadi kegiatan dan untuk kegiatan otak serta otot juga diperlukan energi. Energi itu diperoleh melalui _proses oksidasi (pembakaran) zat makanan yang masuk ke tubuh berupa makanan. Kegiatan manusia lainnya dalam memproduksi barang, transportasi, dan lainnya juga memerlukan energi yang diperoleh dari bahan sumber energi atau sering disebut sumber daya alam (natural resources). Sumber daya alam itu dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu: 1. Sumber daya alam yang dapat_diperbarui (renewable) atau hampir tidak dapat habis misalnya: tumbuhan hewan. air, tanah, sinar matahari, angin, dan sebagainya; 2. Sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui (unjenewable) atau habis, misalnya: minyak bumi atau batu bara. Selanjutnya, secara terinci energi dibedakan atas butir-butir berikut dan perlu diketahui bahwa energi dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lainnya. Misalnya, energi potensial air (air terjun) dapat diubah menjadi energi gerak, energi listrik, dan seterusnya. 1.1 Energi Angin Dua ribu tahun yang lalu manusia sudah dapat memanfaatkan energi angin untuk usaha sederhana. Beratus-ratus tahun kemudian energi angin itu menjadi semakin jelas pemanfaatannya. Kapal kecil dan besar dapat mengarungi lautan luas dengan bantuan energi angin yang meniup layar kapal. Angin merupakan udara yang bergerak; udara yang berpindah tempat,mengalir dari tempat yang dingin ke tempat yang panas dan dari tempat yang panas mengalir ke tempat yang dingin, demikian terus-menerus.

Angin adalah proses alam yang berlaku secara skala kecil dan skala besar, secara lingkup daerah dan dunia. Di lapisan atmosfir bawah udara dingin mengalir dari daerah kutub menuju daerah khatulistiwa dan di lapisan atmosfir atas udara hangat mengalir dari khatuistiwa menuju daerah kutub. Angin merupakan suatu energi alam yang berlimpah adanya di bumi yang juga merupakan energi yang murah serta tak pernah habis. Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan oleh manusia. Adapun pemanfaatannya adalah antara lain : 1. Pemompaan air untuk keperluan rumah tangga dan pertanian. 2. Melaksanakan kegiatan pertanian, seperti menggiling jagung, menggiling tepung, tebu. 3. Mengalirkan air laut untuk pembuatan garam. 4. Membangkitkan tenaga listrik khususnya untuk Pembangkit Listrik Tenaga Angin terutama untuk daerah yang belum terjangkau oleh PLN. 1.2 Asal Energi Angin Semua energi yang dapat diperbaharui dan bahkan energi pada bahan bakar fosil kecuali energi pasang surut dan panas bumi berasal dari Matahari. Matahari meradiasi 1,74 x 1.014 kilowatt jam energi ke Bumi setiap jam. Dengan kata lain, Bumi menerima 1,74 x 1.017 watt daya. Sekitar 1-2 persen dari energi tersebut diubah menjadi energi angin. Jadi, energi angin berjumlah 50-100 kali lebih banyak daripada energi yang diubah menjadi biomassa oleh seluruh tumbuhan yang ada di muka Bumi. Sebagaimana diketahui, pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan temperatur antara udara panas dan udara dingin. Daerah sekitar khatulistiwa, yaitu pada busur 0°, adalah daerah yang mengalami pemanasan lebih banyak dari Matahari dibanding daerah lainnya di Bumi.

Daerah panas ditunjukkan dengan warna merah, oranye, dan kuning pada gambar inframerah dari temperatur permukaan laut yang diambil dari satelit NOAA-7 pada Juli 1984. Udara panas lebih ringan daripada udara dingin dan akan naik ke atas sampai mencapai ketinggian sekitar 10 kilometer dan akan tersebar ke arah utara dan selatan. Jika bumi tidak berotasi pada sumbunya, maka udara akan tiba di kutub utara dan kutub selatan, turun ke permukaan lalu kembali ke khatulistiwa. Udara yang bergerak inilah yang merupakan energi yang dapat diperbaharui, yang dapat digunakan untuk memutar turbin dan akhirnya dapat menghasilkan listrik. 1.3 Proses Terjadinya Angin Angin terjadi bila terdapat pemanasan permukaan bumi yang tak sama oleh sinar matahari. Disiang hari udara di atas lautan relati lebih dingin daripada daratan. Sinar matahari menguapkan air lautan dan diserap lautan. Penguapan dan obsorsi sinar matahari di daratan kurang sehingga udara di atas daratan lebih panas. Dengan demikian udara di atas mengembang,jadi ringan dan naik ke atas. Udara dingin yang lebih berat turun mengisi kekurangan udara di daratan, maka terjadilah aliran udara yang disebit angin dari lautan ke daratan tepi pantai. Di malam hari peristiwa yang sebaliknya terjadi, angin di permukaan laut mengalir dari pantai ke tengah lautan dan peristiwa inilah yang dimanfaatkan oleh para nelayan untuk mencari ikan di lautan. Angin di lereng gunung juga terjadi demikian. Pada sekitar puncak pegunungan lebih dulu panas dibandingkan dengan daerah lembah. Karena perbedaan panas ini sehingga menimbulkan perbedaan tekanan yang akhirnya timbul angin biasa yang disebut angin lembah dan angin gunung.

1.4 Turbin Angin sebagai Alternatif Pembangkit Listrik Menurunnya tinggi muka air di berbagai bendungan terutama yang dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit listrik tenaga air (PLTA)-telah menurunkan pasokan listrik di Jawa hingga 500 megawatt. Sebagai salah satu sumber pemasok listrik, PLTA bersama pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) dan pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) memang memegang peran penting terhadap ketersediaan listrik terutama di Jawa, Madura, dan Bali. Energi angin yang sebenarnya berlimpah di Indonesia ternyata belum dimanfaatkan sebagai alternatif penghasil listrik. Padahal, di berbagai negara, pemanfaatan energi angin sebagai sumber energi alternatif nonkonvensional sudah semakin mendapatkan perhatian. Hal ini tentu saja didorong oleh kesadaran terhadap timbulnya krisis energi dengan kenyataan bahwa kebutuhan energi terus meningkat sedemikian besarnya. Di samping itu, angin merupakan sumber energi yang tak ada habisnya sehingga pemanfaatan sistem konversi energi angin akan berdampak positif terhadap lingkungan. 1.5 Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pembangkit listrik tenaga angin, yang diberi nama Wind Power System memanfaatkan angin melalui kincir, untuk menghasilkan energi listrik. Alat ini sangat cocok sekali digunakan masyarakat yang tinggal di pulau-pulau kecil. Secara umum, sistem alat ini memanfaatkan tiupan angin untuk memutar motor. Hembusan angin ditangkap balingbaling, dan dari putaran baling-baling tersebut akan dihasilkan putaran motor yang selanjutnya diubah menjadi energi listrik. Wind Power System ini terdiri dari empat bagian utama, yaitu rotor, transmisi, elektrikal dan, tower. Bagian rotor terdiri dari balingbaling dengan empat daun, bentuknya seperti baling-baling pesawat. Dengan bentuk seperti ini diharapkan energi angin yang tertangkap bisa

maksimal agar bobotnya lebih ringan. Baling-baling ini dibuat dengan diameter 3,5 dan bahannya dibuat dari fiberglass. Untuk mendapat hembusan angin, baling-baling diletakkan pada tower setinggi delapan meter. Sedangkan pada bagian transmisi digunakan sistem kerekan dan tali, sistem transmisi ini digunakan untuk menyiasati kekuatan angin yang kecil. Karena kecepatan angin di Indonesia relatif kecil, transmisi ini sangat menguntungkan untuk meningkatkan putaran sebagai pengubah energi digunakan alternator dua fase 12 volt, energi listrik yang dihasilkan oleh alternator dapat disimpan dalam aki. Sementara kapasitas daya yang didapat sebesar 1,5 KW. Wind Power System telah diuji coba oleh para mahasiswa di pantai kenjeran, kurang dari satu jam hasil dari percobaan tersebut sudah dapat menghasilkan energi listrik untuk menyalakan TV dan lampu sampai 100 watt. Karya yang dibuat selama bulan ini sudah dapat langsung diterapkan bagi masyarakat. Untuk menyimpan energi listrik bisa digunakan aki besar, dan penggunaannya bisa digunakan instalasi pembagi. Sedangkan biaya yang dikeluarkan untuk pembuatan Win Power System relatif murah, sekitar Rp 16 juta. Tapi, itu belum termasuk bahan dan pembuatan towernya.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Tenaga Angin Energi angin juga menjadi pilihan alternatif sebagai energi pengganti bahan bakar fosil, yang disediakan alam secara gratis. Energi angin tersedia dalam jumlah tidak terbatas, selama bumi masih memiliki cadangan udara. Energi tersebut dihasilkan oleh angin yang menggerakkan kincir angin ukuran raksasa. Biasanya kincir angin sebagai penghasil energi diletakkan pada wilayah tertentu dengan tingkat intensitas angin yang tinggi. Untuk menggerakan blade / baling-baling agar bisa berputar saja harus memiliki kecepatan angin 2 meter/detik dan untuk menghasilkan listrik yang stabil sesuai kapasitas generatornya rata-rata 6 s/d 10 meter/detik. Pembangkit ini bisa digunakan untuk skala kecil, menengah dan besar karena arus yang dihasilkan dalam 1 jam lebih besar serta membutuhkan investasi yang lebih murah ketimbang PLTS .Daerah yang cocok digunakan pembangkit ini adalah daerah pantai, pesisir, pegunungan. Kincir angin merupakan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan. Awal mulanya kincir angin digunakan pada zaman babilonia untuk penggilingan padi. Penggunaan teknologi modern dimulai sekitar tahun 1930, diperkirakan ada sekitar 600.000 buah kincir angin untuk berbagai keperluan. Saat ini kapasitas daya yang dihasilkan kincir angin skala industri antara 1 – 4 mw.

Prinsip kerja Turbin Angin adalah mengubah energi kinetik angin menjadi energi mekanik putaran poros. Energi mekanik poros biasanya dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik menggunakan suatu generator. Energi listrik sifatnya sangat fleksibel. Energi ini dapat digunakan untuk penerangan, menggerakkan mesin-mesin industri, transportasi, dan masih banyak lagi.

Gambar 2.1 : Turbin Angin Perangkat pembangkit dari angin juga jauh lebih murah dibandingkan perangkat pembangkit dari energi matahari. Padahal jumlah energi yang dihasilkan oleh 1.000 buah sel fotovoltaik relatif setara dengan belasan kincir angin. Bahkan sejumlah sistem kincir angin yang dipasang di Denmark bahkan menghasilkan energi hingga 3.000 megawatt atau sekitar 20 persen kebutuhan energi di seluruh Eropa. Kini, Eropa menghasilkan energi angin dengan jumlah energi sekitar 35.000 megawatt atau setara dengan tiga puluh lima pembangkit listrik tenaga batu bara (National Geographic, Agustus 2005: 65). Hal ini jelas menjadi sebuah keuntungan besar bagi masyarakat luas. Karena keuntungannya yang sedemikian besar, maka beberapa negara, di wilayah Eropa dan Amerika Serikat, menggunakan teknologi ini.

Potensi energi angin untuk kebutuhan energi masa depan sangat menjanjikan. Ketika sel fotovoltaik tidak mendapatkan sinar matahari, maka pasokan listrik akan terhambat, sedangkan kincir angin relatif stabil pada semua cuaca karena tidak membutuhkan sinar matahari untuk menghasilkan energi. Hal itu membuat kincir angin unggul satu langkah di depan sel fotovoltaik dalam menghasilkan energi. Para ilmuwan di Eropa dan Amerika Serikat menaruh harapan besar kepada sumber energi angin sebagai sebuah cara menghadapi krisis energi di masa depan. Namun demikian tidak semua masyarakat setuju dengan kincir angin sebagai sebuah penghasil energi alternatif, ukuran kincir yang terlalu besar dan suara desing yang berisik membuat masyarakat di sekitar proyek kincir angin cenderung menolaknya, padahal banyak sisi positif yang dapat dipetik dari pemanfaatan energi ini. Jika kita bisa membuat simulasi numerik aliran udara melintasi turbin angin dengan rancangan tertentu misalnya aerofoil, jumlah blade (bilah), panjang chord, diameter dan lain sebagainya, maka dengan menentukan kecepatan aliran udara di depan dan belakang turbin akan dapat ditentukan berapa Thrust yang dihasilkan dan Daya Angin yang berhasil diserap Turbin Angin. Thrust bersifat merugikan karena thrust yang mendorong menara penyangga turbin, semakin besar trhust, maka menara penyangga juga harus kuat, sehingga biaya pembuatannya akan mahal. Semakin besar Daya (Power) yang diserap oleh turbin, maka efisiensi konversi energi turbin akan semakin besar, artinya turbin yang dirancang sangat menguntungkan. 2.2 Bagian Turbin Angin a. Gearbox : Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60

b. Generator : Bagian yang dapat mengubah energy gerak menjadi energi listrik c. Blades : Kebanyakan turbin baik 2 atau 3 pisau. Angin bertiup diatas menyebabkan pisau-pisau untuk berputar. d. Rotor : Pisau yang terhubung secara bersamaan e. Brake : Alat ini digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang kuat atau besar. f. Low-speed Shaft : Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 per menit. g. Controller : Pengontrol mesin yang mulai dengan kecepatan angina sekitar 8-16 mil per jam (mph) dan menutup mesin turbin sekitar 55 mph. h. Anemometer : Mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan angin ke pengontrol. i. Wind Vane : Suatu alat yang berkomunikasi dengan Yaw Drive agar dapat menggerakkan turbin dengan koneksi yang benar dengan angin. j. Nacelle : Berada diatas menara dan berisi gear box,low-speed shaft,high-speed shaft, generator, dan controller. k. Yaw Drive : Digunakan untuk menjaga rotor menghadap ke arah angin sebagai perubahan arah angin. l. High-speed Shaft : Poros yang berhubungan langsung denan rotor generator. m. Yaw Motor : Kekuatan dari Drive Yaw n. Tower : Sebuah menara penegak turbin angina dengan bahan yang terbuat dari baja tabung, beton, atau kisi baja.

Gambar 2.2 : Bagian dari Turbin Angin 2.3 Cara Kerja Turbin Angin

Gambar 2.3 : Cara Kerja Turbin Angin Angin datang (1) menggerakkan kipas/ baling-baling (2) yang terhubung ke generator (3). Prinsip kerja generator berlawanan dengan motor listrik. Motor listrik membutuhkan daya listrik untuk berputar, sedangkan generator akan menghasilkan energi listrik sesuai dengan kecepatan putaran. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator diteruskan ke panel kontrol yang menampung dari berbagai generator (4) untuk kemudian dinaikkan menjadi tegangan tinggi dengan transformator penaik tegangan (5). Hal ini untuk efisiensi daya dan efisiensi biaya. Karena pada daya yang sama, tegangan lebih tinggi cukup dengan penampang kabel yang lebih kecil (daya= tegangan x arus). Melalui sistem distribusi dengan tiang-tiang tinggi, siap untuk men-suplai kebutuhan listrik rumah tangga dan industri. Setelah sampai pada daerah tertentu, dibutuhkan transformator penurun tegangan (6) yang disesuaikan dengan tegangan standar untuk rumah (7). 2.4 Mekanisme Turbin Angin Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan menggabung- kan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik

ke unit penyalur listrik. Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan didistribusikan ke rumah-rumah, kantor, sekolah, dan sebagainya. Turbin angin dapat memiliki tiga buah bilah turbin. Jenis lain yang umum adalah jenis turbin dua bilah. Turbin angin bekerja sebagai kebalikan dari kipas angin. Bukannya menggunakan listrik untuk membuat angin, seperti pada kipas angin, turbin angin menggunakan angin untuk membuat listrik. Angin akan memutar sudut turbin, kemudian memutar sebuah poros yang dihubungkan dengan generator, lalu menghasilkan listrik. Turbin untuk pemakaian umum berukuran 50-750 kilowatt. Sebuah turbin kecil, kapasitas 50 kilowatt, digunakan untuk perumahan, piringan parabola, atau pemompaan air. 2.5 Jenis Turbin Angin Berdasarkan arah putarannya, turbin angin dibagi atas; a. Turbin angin poros Horizontal Jenis turbin yang satu ini merupakan model umum yang sering dilihat pada turbin angin. Jika dilihat, desainnya mirip seperti kincir angin, memiliki blade dan berputar pada sumbu vertikal. Jenis turbin angin ini memiliki bilah baling-baling seperti di pesawat. Turbin angin jenis ini memiliki shaft rotor dan generator pada puncak tower dan harus diarahkan ke arah angin bertiup. b. Turbin angin poros Vertikal Jenis turbin angin yang kedua adalah turbin angin poros vertikal. Turbin angin jenis ini memiliki bilah yang memanjang dari atas ke bawah. Turbin angin vertikal biasanya berdiri setinggi 100 meter dengan lebar 50 kaki. Dengan sumbu vertikal, generator dan komponen primer lainnya dapat ditempatkan dengan permukaan tanah, sehingga tentu saja ini dapat mempermudah maintanance lebih mudah. Jika dibandingkan dengan turbin angin poros horizontal, turbin angin ini memiliki kecepatan yang lambat, sehingga energi angin yang tersedia pun lebih rendah.

(a) (b) Gambar 2.4 : Jenis turbin angin berdasarkan arah putarannya (a).Turbin angin poros Horizontal (b). Turbin angin poros Vertikal

Gambar 2.5 : Perbedaan turbin angina poros Horizontal dan Vertikal

BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan 1) Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil. 2) Pembangkit Listrik Tenaga Angin juga berdampak terhadap lingkungan sekitar, dampak yang paling jelas adalah dambak visual,karena pembangkit istrik ini membutuhkan tempat yang luas untuk skala besar. 3) Ramah lingkungan : keuntungan terpenting dari tenaga angin adalah berkurangnya level emisi karbon dioksida penyebab perubahan ikilm. Tenaga ini juga bebas dari polusi yang sering diasosiasikan dengan pembangkit listrik berbahan bakar fosil dan nuklir. 4) Penggunaan energi konvensional tenaga angin merupakan alternative sumber energi yang efektif apabila digunakan ditempat yang mempunyai sumber daya angin tinggi.

3.2 Saran Penggunaan inovasi dal...